CN206412000U - 一种高等学校教学用组合车削刀具模型 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高等学校教学用组合车削刀具模型，该车削刀具模型包括一体化成型的刀柄(1)和刀头(2)；其中，该刀头(2)以刀尖(201)为中心，分为前刀面(202)、主后面(203)及副后面(204)，且前刀面(202)与主后面(203)的结合处为主切削刃(205)，前刀面(202)与副后面(204)的结合处为副切削刃(206)。进一步的，本实用新型还包括正交平面参考系三维模型，该正交平面参考系三维模型包括两两垂直设置的基面板(6)、法平面板(7)和切削平面板(8)，基面板(6)通过安装支架(11)可拆卸安装在刀柄(1)的顶面上。本实用新型能够让学生了解车削刀具的制造过程，即通过模型的变化，让学生形象的感知刀具的制作过程。

Description

一种高等学校教学用组合车削刀具模型

技术领域：

本实用新型属于教学刀具模型技术领域，具体涉及一种高等学校教学用组合车削刀具模型。

背景技术：

在高等学校机械制造专业教学中，涉及到金属切削原理部分的内容时，必然讲解到刀具的几何角度问题及与之相关的参考平面问题。由于刀具几何角度的标注完全在三维空间的不同参考平面内，而这些参考平面全部为假想的空间相交平面。这样，使得教师在讲解这部分内容时，往往面临如何清楚地表达其关系的问题，同时学生也面临空间概念的理解问题等。本实用新型的目的主要是制作一个刀具实体模型，实体模型上具有描述刀具几何角度的参考平面，同时具有表示角度的表示指针，这样，教师就可以对照刀具实物模型中各部分结构，清楚地讲解刀具的几何角度和位置，学生可以直观的看到刀具几何角度的相互关系。

切削原理是机械制造专业教学环节中非常重要的知识内容，基本上以典型的车削刀具为理论基础，刀具的教学，仍然以车削刀具为例来讲解刀具的相关知识。在切削原理讲解过程中，首先必须讲述车刀的结构形式，一般车削刀具的几何要素为“一尖、两刃、三面”，因此，教学中首先介绍车削刀具的基本结构，然后讲解车削刀具的各个静态几何角度。其中主要的角度有：主偏角κ_τ；副偏角κ_τ′；前角γ₀；后角α₀；刃倾角λ等。

由于这些角度的标注与表示对应着不同的基准平面，这些基准平面为空间 平面，称为正交平面参考系。这些平面为：基面P_r——指过主切削刃选定点，并垂直于该点切削速度方向的平面，车刀的基面可理解成平行于车刀底面的平面；切削平面P_s——指过主切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于该点基面的平面；正交平面P₀——指通过主切削刃选定点，同时垂直于基面与切削平面的平面，这三个平面成为正交平面参考系，此参考系主要表示车刀的静态几何角度。

另外，在标注可转位刀具或大刃倾角刀具时，常用法平面参考系。法平面参考系由基面P_r，切削平面P_s，及法平面P_n组成。法平面P_n——指过主切削刃某选定点，并垂直于切削刃的平面。法向角度有：法向前角γ_n、法向后角α_n等，此时，可通过正交平面P₀绕基面的旋转形成法平面P_n，从而形成法向角度表示参考系。

为了清楚描述上述刀具角度与参考面之间的关系，湖南铁路科技职业技术学院程友斌、陈志斌二人制作了纸质的立体教学模型，仅仅将相关的信息标注在相应的切削面上，但是仍然无法解决直观了解刀具角度与参考面的对应关系。2013年第1期，总第13期湖南铁路科技职业技术学院学报，可再生车刀立体教学模型研究，其他相关资料没有见到。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了让学生了解车削刀具的制造过程，即通过模型的变化，让学生形象的感知刀具的制作过程，为此，提供了一种高等学校教学用组合车削刀具模型。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现：

一种高等学校教学用组合车削刀具模型，该车削刀具模型包括一体化成型 的刀柄和刀头；其中，

该刀头以刀尖为中心，分为前刀面、主后面及副后面，且前刀面与主后面的结合处为主切削刃，前刀面与副后面的结合处为副切削刃。

本实用新型进一步的改进在于，还包括第一切削块、第二切削块及第三切削块，且第一切削块、第二切削块及第三切削块分别能够可拆卸贴合在前刀面、主后面及副后面，使得与刀头和刀柄形成一个呈长方体的车削刀具原材料。

本实用新型进一步的改进在于，还包括正交平面参考系三维模型，该正交平面参考系三维模型包括两两垂直设置的基面板、法平面板和切削平面板，基面板通过安装支架可拆卸安装在刀柄的顶面上。

本实用新型进一步的改进在于，正交平面参考系三维模型还包括前角表示指针和后角表示指针，且前角表示指针的一端和后角表示指针的一端均铰接在法平面板下部、并与基面板铰接，用于实现法平面板绕基面板旋转的功能，同时法平面板上部和切削平面板的上部圆弧槽处结合并紧固，且前角表示指针的另一端和后角表示指针的另一端能够随法平面板调节摆动角度，实现表示法向后角和法向前角与静态后角和前角的功能转换。

本实用新型进一步的改进在于，正交平面参考系三维模型中，切削平面板平行于主切削刃，基面板的下表面接触于主切削刃选定点位置，并能够可拆卸固定在刀尖上。

本实用新型进一步的改进在于，正交平面参考系三维模型中，在法平面板内测量的前刀面与基面板之间的夹角为法向前角，在法平面板内测量的主后面与切削平面板之间的夹角为法向后角。

本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型提供了一种高等学校教学用组合车削刀具模型，此模型可以直 观的看到刀具的“一尖、两刃、三面”。然后制作了三个参考平面组合模型(此模型采用透明有机玻璃制成)，通过参考平面组合模型可以直观了解三个参考平面的对应位置关系。然后将参考平面组合模型(即正交平面参考系)按照定义放置在刀具模型上，组成了正交参考系与刀具几何要素之间的对应关系模型。然后在主切削刃选定的点上，设计两个表示指针，一个表示指针针能够转动表示前角的位置及大小，另外一个表示指针能够直观表示后角的大小。同时通过主切削刃与基面的相对夹角可以直接观察到刃倾角的大小。

如果需要了解法向角度，可以将三个参考平面中的正交平面板绕基面板转动一个角度，使其垂直于主切削刃，此时，正交平面参考系可改变成法平面参考系。由于两个表示指针安装在正交平面上，所以，当正交平面旋转时，两个表示指针一同旋转，这样两个表示指针就成为法平面参考系内表示法向前角和法向后角的表示指针。

由前面的说明可知，高等学校机械制造专业切削原理与刀具课程讲授时，难以用明了和形象的方法讲解清楚，尽管有个别老师也做了一些工作，但没有采用实体模型的方法来示教，也没有采用建立刀具几何角度与基本平面对应关系的立体结构的方法。因此本实用新型主要从教师易于讲解，学生易于理解方面来考虑问题。此组合车削刀具模型可以提高学生的学习效果，增加学生的直观理解力。

在机械制造技术基础课程教学中，切削原理方面的知识是主要的教学内容之一。在实际加工中，金属切削刀具的种类非常多，各种刀具的结构尽管具有很大的差别，但是，他们切削部分的几何形状大致相同。普通外圆车刀是最基本的、最典型的切削刀具，故经常以外圆车刀为基础来描述刀具切削部分的组成和结构参数。

然而，由于在一张简单的图上要清楚的描述出刀具的切削平面，刀具的几何角度，以及他们之间的关系比较困难，加之这些概念主要为空间概念，是空间几何形状，所以在讲授过程中本身难以表达清楚，这样学生理解起来困难比较大，往往成为知识模糊点。为此本实用新型充分利用简单的实体模型的方法，通过模型的组合实现了参考平面以及不同几何角度之间的对应关系，这些对应关系，可以从模型中直观的看到和感知到。实现了教师方便讲解，学生易于理解的目的和效果。

附图说明：

图1为本实用新型车削刀具模型的结构示意图。

图2为本实用新型车削刀具模型与三个切削块的分解示意图。

图3为本实用新型正交平面参考系三维模型的结构示意图。

图4为本实用新型组合车削刀具模型的第一视角结构示意图。

图5为本实用新型组合车削刀具模型的第二视角结构示意图。

图6为前角与后角标注位置及大小的示意图。

图中：1-刀柄，2-刀头，201-刀尖，202-前刀面，203-主后面，204-副后面，205-主切削刃，206-副切削刃，3-第一切削块，4-第二切削块，5-第三切削块，6-基面板，7-法平面板，8-切削平面板，9-前角表示指针，10-后角表示指针，11-安装支架，12-前角，13-后角。

具体实施方式：

以下结合附图对本实用新型做出进一步的说明。

本实用新型的目的是为了让学生了解车削刀具的制造过程，即通过模型的 变化，让学生形象的感知刀具的制作过程，如图1和2所示。

图1为车刀的基本模型，表示了车刀“一尖、两刃、三面”的空间位置。图2表示了车刀形成的过程，从图2中可看出，去掉三个切削块后就形成了车削刀具模型的基本形状。

具体来说，该车削刀具模型包括一个完整刀具的结构，即刀柄1和刀头2；其中，该刀头2以刀尖201为中心，分为前刀面202、主后面203及副后面204，且前刀面202与主后面203的结合处为主切削刃205，前刀面202与副后面204的结合处为副切削刃206。

三个切削块包括第一切削块3、第二切削块4及第三切削块5，且第一切削块3、第二切削块4及第三切削块5分别能够可拆卸贴合在前刀面202、主后面203及副后面204，使得与刀头2和刀柄1形成一个呈长方体的车削刀具原材料。实际使用中，在三个切削块上与刀具三个刀面相结合平面上分别安装有一个销钉，同时在对应位置处的不同刀面上制作有销钉孔，让三个切削块上的销钉插入对应刀面上的孔内，即可形成完整的刀具原材料形状结构。

如图3所示，本实用新型还提供了正交平面参考系三维模型，在此三维模型中，完全可清楚地了解到三个垂直面的对应位置及关系。

具体来说，该正交平面参考系三维模型包括两两垂直设置的基面板6、法平面板7(用于测量静态前角和后角，或者测量法向前角和后角)和切削平面板8，基面板6通过安装支架11可拆卸和安装在刀柄1的顶面上，且切削平面板8平行于主切削刃205，基面板6的下表面接触于主切削刃205选定点位置，并能够可拆卸固定在刀尖201上。

此外，还包括前角表示指针9和后角表示指针10，且前角表示指针9的一端和后角表示指针10的一端均铰接在法平面板7上，法平面板7下部与基面板 6之间铰链连接，实现绕基面转动的功能，同时法平面板7上部和切削平面板8上部的圆弧槽处结合，并采用螺栓固定，以实现法平面板7的功能转换，且前角表示指针9的另一端和后角表示指针10的另一端可随法平面板7调节摆动角度，以实现表示法向后角和法向前角与静态后角和前角的功能转换。

将正交平面参考系三维模型附着在车削刀具模型的主切削刃选定点上，形成完整的车削刀具几何角度与参考面之间的明了关系，如图4和5所示。

如图6所示，在实际教学中，前角12的大小可以通过前角表示指针9的变化来说明；后角13的大小可以通过后角表示指针10与主后面203与、法平面板7的假想刨面交线的夹角来表示；刃倾角的大小可以直观通过基面板6的下表面与主切削刃205之间的夹角来表示。这样在课堂教学中，就达到了学生一目了然的熟悉这三个角度的位置及相互关系的目的。

在实际教学中，另外两个角度也比较重要，即法向前角和法向后角。根据刀具几何角度的定义即：法向前角——指在法平面板7内测量的前刀面202与基面板6之间的夹角；法向后角——指在法平面板7内测量的主后面203与切削平面板8之间的夹角为法向后角。

在这种情况下，由于原来正交平面参考系的正交平面的空间位置发生变化，此时，正交平面必须与主切削刃垂直，其他两个参考面的位置保持原状。即只要将原来的正交平面绕正交平面旋转轴旋转一个角度，使得正交平面与主切削刃垂直即可形成法平面参考系，这时，正交平面改变成法平面。由于原来的前角表示指针和后角表示指针可以随正交平面同步转动，所以，在法平面参考系中，两个表示指针仍然与法平面保持平行，这样就实现了法向前角与法向后角的表示功能。

本实用新型的关键点在于：

车削刀具模型的加工方法。本实用新型首先从车削刀具的基本成型原理入手，介绍了刀具从长方体材料到刀具的基本形状的加工方法，并且将车削刀具形象的表示成四块不同形状结构的组合体。

本实用新型建立了切削刀具静态几何角度与参考面之间的相对关系。

(1)在此基础之上，增加了表示前角与后角的表示指针，通过表示指针可直观的了解前角和后角的大小及位置关系，同时由于基面下面与正交平面的交线和主切削刃均在在切削平面内，所以可方便的看到刃倾角的大小及位置。

(2)考虑到在同一模型结构中，能够实现法向角度的表述，本实用新型在结构上巧妙的利用了正交平面旋转的方法，简单快速的实现了参考系之间的转换功能。

(3)为了实现表述角度变化及位置的表示指针能够在两种参考系中均可起到相同作用，本实用新型中通过将两个表示指针安装在具有转动作用的正交平面上来实现其功能。

(4)为了现场教学的方便性，本实用新型最后将相关零部件通过支架固定在刀具杆体的上表面上，使其各个部件之间保持相对固定的位置，同时正交平面参考系模型可快速拆装。

本实用新型的保护点在于：

(1)车削刀具由四块不同结构组成的原理方法。

(2)正交平面参考系模型结构。

(3)正交平面参考系模型中的角度表示指针结构，功能及其安装方法。

(4)正交平面可转动的功能原理。

Claims (6)

1.一种高等学校教学用组合车削刀具模型，其特征在于，该车削刀具模型包括一体化成型的刀柄(1)和刀头(2)；其中，

该刀头(2)以刀尖(201)为中心，分为前刀面(202)、主后面(203)及副后面(204)，且前刀面(202)与主后面(203)的结合处为主切削刃(205)，前刀面(202)与副后面(204)的结合处为副切削刃(206)。

2.根据权利要求1所述的一种高等学校教学用组合车削刀具模型，其特征在于，还包括第一切削块(3)、第二切削块(4)及第三切削块(5)，且第一切削块(3)、第二切削块(4)及第三切削块(5)分别能够可拆卸贴合在前刀面(202)、主后面(203)及副后面(204)，使得与刀头(2)和刀柄(1)形成一个呈长方体的车削刀具原材料。

3.根据权利要求1所述的一种高等学校教学用组合车削刀具模型，其特征在于，还包括正交平面参考系三维模型，该正交平面参考系三维模型包括两两垂直设置的基面板(6)、法平面板(7)和切削平面板(8)，基面板(6)通过安装支架(11)可拆卸安装在刀柄(1)的顶面上。

4.根据权利要求3所述的一种高等学校教学用组合车削刀具模型，其特征在于，正交平面参考系三维模型还包括前角表示指针(9)和后角表示指针(10)，且前角表示指针(9)的一端和后角表示指针(10)的一端均铰接在法平面板(7)下部、并与基面板(6)铰接，用于实现法平面板(7)绕基面板(6)旋转的功能，同时法平面板(7)上部和切削平面板(8)的上部圆弧槽处结合并紧固，且前角表示指针(9)的另一端和后角表示指针(10)的另一端能够随法平面板(7)调节摆动角度，实现表示法向后角和法向前角与静态后角和前角的功能转换。

5.根据权利要求3所述的一种高等学校教学用组合车削刀具模型，其特征 在于，正交平面参考系三维模型中，切削平面板(8)平行于主切削刃(205)，基面板(6)的下表面接触于主切削刃(205)选定点位置，并能够可拆卸固定在刀尖(201)上。

6.根据权利要求3所述的一种高等学校教学用组合车削刀具模型，其特征在于，正交平面参考系三维模型中，在法平面板(7)内测量的前刀面(202)与基面板(6)之间的夹角为法向前角，在法平面板(7)内测量的主后面(203)与切削平面板(8)之间的夹角为法向后角。